淺談《R語(yǔ)言與生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》的“慕課學(xué)習(xí)+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式

李蘭芝 陳淵 易圖永

摘要：本文討論了《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》課程的重要性、難點(diǎn)和關(guān)鍵，結(jié)合R語(yǔ)言教學(xué)的必要性和可行性。為最大化課堂效能，探討了《R語(yǔ)言與生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》的“慕課學(xué)習(xí)+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，分析了該課程的結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢(shì)，并對(duì)該課程建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)提出了一定的解決策略。

關(guān)鍵詞：R語(yǔ)言；生物統(tǒng)計(jì)學(xué)；慕課；翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）03-0193-02

生物統(tǒng)計(jì)學(xué)是傳統(tǒng)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)和現(xiàn)代分子生物學(xué)研究不可缺少的工具，是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，是生命科學(xué)各相關(guān)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的必備基礎(chǔ)。通過(guò)《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》課程的學(xué)習(xí)，能夠培養(yǎng)學(xué)生掌握基本的試驗(yàn)（調(diào)查）設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)分析方法，較靈活地應(yīng)用統(tǒng)計(jì)基本方法與手段分析和解釋生物學(xué)現(xiàn)象、進(jìn)行科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)資料的處理，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為學(xué)生今后科研能力和管理能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)（王魏根，2017）。

《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》是生物學(xué)科和農(nóng)學(xué)學(xué)科本科教學(xué)中的基礎(chǔ)課程之一。然而，一方面，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，數(shù)據(jù)挖掘?qū)Ω鲗W(xué)科發(fā)展的推動(dòng)作用也日漸凸顯。得益于各種新技術(shù)的開發(fā)，各類生物學(xué)問(wèn)題研究的精確性也得到日益提升，傳統(tǒng)問(wèn)題的分析方法也由簡(jiǎn)單的定性研究逐漸升級(jí)為更為復(fù)雜的定量研究。近年來(lái)DNA高通量測(cè)序技術(shù)成本大幅度降低，積累了大量的基因組和轉(zhuǎn)錄組等數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)的深度挖掘也將成為現(xiàn)階段以及未來(lái)研究的熱點(diǎn)。數(shù)據(jù)處理的技術(shù)與藝術(shù)在生命科學(xué)發(fā)展中的需求越來(lái)越高，生物統(tǒng)計(jì)學(xué)在學(xué)科人才培養(yǎng)中的地位也愈加重要（王建等，2017）。另一方面，經(jīng)調(diào)查學(xué)生反應(yīng)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程設(shè)計(jì)過(guò)于偏重基礎(chǔ)理論，難度較大、略感枯燥且學(xué)習(xí)效果欠佳。尤其是沒(méi)有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)較好的統(tǒng)計(jì)軟件，或者接觸的統(tǒng)計(jì)軟件實(shí)用性欠缺，造成了學(xué)而無(wú)用的感覺(jué)。

現(xiàn)有多種統(tǒng)計(jì)軟件如SPSS、SAS、Excel和R語(yǔ)言等被應(yīng)用于生物統(tǒng)計(jì)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以輔助學(xué)生對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論知識(shí)的理解，提高生物統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力。其中，與常用的SPSS和SAS等統(tǒng)計(jì)軟件相比，R語(yǔ)言以其好學(xué)易懂、操作性強(qiáng)、開源免費(fèi)等強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，極受授課老師推崇和學(xué)生歡迎（馬相如，2010）。作者經(jīng)過(guò)多年的本科、研究生教學(xué)和科研探索，以及對(duì)學(xué)生的課后調(diào)研表明：R語(yǔ)言既是一款更適合在生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)本科生教學(xué)中進(jìn)行使用的統(tǒng)計(jì)分析軟件，也是進(jìn)行科學(xué)研究的好軟件?！禦語(yǔ)言與生物統(tǒng)計(jì)分析》將易學(xué)好用的R軟件應(yīng)用到大學(xué)生物統(tǒng)計(jì)的課程教學(xué)過(guò)程中，以生物數(shù)據(jù)的常用統(tǒng)計(jì)分析方法為基礎(chǔ)，在簡(jiǎn)明扼要地闡述統(tǒng)計(jì)學(xué)基本概念、基本思想與基本方法的基礎(chǔ)上，講述與之相對(duì)應(yīng)的R函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)具體的例子說(shuō)明統(tǒng)計(jì)問(wèn)題求解的過(guò)程。《R語(yǔ)言與生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》課程注重統(tǒng)計(jì)的思想性、方法的實(shí)用性和計(jì)算的可操作性，既能鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力又能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果（段煉等，2017；張哲等，2013）。

然而，對(duì)于剛接觸R語(yǔ)言的學(xué)生來(lái)說(shuō)，利用R進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析無(wú)疑是增加了學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)，這時(shí)僅僅依靠課堂教學(xué)時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)、訓(xùn)練是達(dá)不到教學(xué)要求的，所以要增加課外學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時(shí)間。隨著社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展，如何利用現(xiàn)代信息技術(shù)的便利，變革當(dāng)前的教育結(jié)構(gòu)與教學(xué)流程，轉(zhuǎn)變教學(xué)和評(píng)價(jià)模式，以有效解決教學(xué)內(nèi)容的不斷膨脹和發(fā)展需求與教學(xué)效率低下的矛盾，是值得教育者關(guān)注的課題。慕課（MOOC）的出現(xiàn)為此提供了良好的契機(jī)，同時(shí)也是高校課程改革的重要手段和方式之一，也是現(xiàn)代教育學(xué)科建設(shè)，特別是優(yōu)勢(shì)學(xué)科、優(yōu)勢(shì)課程建設(shè)的重要推手。自2004年開始，已有不少發(fā)達(dá)國(guó)家的教育者開始嘗試“慕課學(xué)習(xí)+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)思路與模式（田愛(ài)麗，2016）。

該模式能培養(yǎng)學(xué)生的高層次思維能力、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，改變以往傳統(tǒng)教學(xué)模式中教師講學(xué)生聽為主的授課方式、紙筆測(cè)試為主的評(píng)價(jià)方法，很好滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求。首先，翻轉(zhuǎn)課堂是指利用現(xiàn)代信息技術(shù)的便利，教師指導(dǎo)學(xué)生課前觀看相關(guān)教學(xué)資源信息，如對(duì)知識(shí)的講解的教學(xué)微視頻、課件，借助圖書館或網(wǎng)絡(luò)查詢相關(guān)資料，與同學(xué)相互討論等多種方式，提前自主完成知識(shí)的預(yù)習(xí)。學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)節(jié)奏和學(xué)習(xí)風(fēng)格自行規(guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容和獲取知識(shí)，提出預(yù)習(xí)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題；教師通過(guò)分析學(xué)生學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)和學(xué)生的“問(wèn)題”，課堂上有針對(duì)性地重點(diǎn)講解，師生共同研究解決問(wèn)題，體現(xiàn)了以“學(xué)生為本”的思想和個(gè)性化教學(xué)理念，推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，最大化課堂效能（章明珠等，2017）。學(xué)生的慕課學(xué)習(xí)是翻轉(zhuǎn)課堂的前提條件，翻轉(zhuǎn)課堂是慕課學(xué)習(xí)的自然延伸和有機(jī)組成部分。慕課學(xué)習(xí)并不排斥課堂，而是為了讓師生更好地利用課堂上的時(shí)間進(jìn)行深度研討和創(chuàng)造探究，提升課堂教學(xué)的效益。西方有研究表明：學(xué)生線上學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)，效果一樣好；而線上與線下相結(jié)合的混合學(xué)習(xí)，其效果要好于任何單一的學(xué)習(xí)形式（田愛(ài)麗，2016）。

一、《R語(yǔ)言與生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》開展“慕課學(xué)習(xí)+翻轉(zhuǎn)課堂”的結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢(shì)

1.利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)在線課程，受眾更多。將結(jié)合生物統(tǒng)計(jì)的理論知識(shí)講解和R語(yǔ)言分析案例的實(shí)操錄制視頻，上傳到網(wǎng)絡(luò)課程，便于學(xué)生反復(fù)觀看學(xué)習(xí)，相比傳統(tǒng)課堂理論知識(shí)講解更生動(dòng)、更系統(tǒng)也更方便。配以其他學(xué)習(xí)資料和進(jìn)階作業(yè)，通過(guò)學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)送給學(xué)生，學(xué)生可隨時(shí)隨地登錄網(wǎng)絡(luò)課堂，時(shí)間安排更為靈活，時(shí)間利用更為高效。

2.培養(yǎng)方式靈活，針對(duì)不同層次的學(xué)生群體，可設(shè)定不同的學(xué)習(xí)章節(jié)。比如對(duì)于注重統(tǒng)計(jì)軟件應(yīng)用專業(yè)的本科生，可安排R語(yǔ)言介紹和安裝，次數(shù)分布和描述統(tǒng)計(jì)，理論分布和抽樣分布，統(tǒng)計(jì)假設(shè)測(cè)驗(yàn)，方差分析，常用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，卡方測(cè)驗(yàn)，直線回歸和相關(guān)，多元線性回歸等基本統(tǒng)計(jì)知識(shí)相關(guān)章節(jié)，而對(duì)統(tǒng)計(jì)知識(shí)要求更高的專業(yè)（如生物信息學(xué)專業(yè)）或更高層次的學(xué)生（生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)研究生）可增加ggplot2畫統(tǒng)計(jì)圖，或基于R語(yǔ)言的機(jī)器學(xué)習(xí)的高級(jí)統(tǒng)計(jì)知識(shí)相關(guān)章節(jié)。

3.課堂交流更有效。由于采取“慕課學(xué)習(xí)+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，學(xué)生首先在學(xué)習(xí)平臺(tái)上，通過(guò)視頻，在教師引導(dǎo)下先行自學(xué)，完成進(jìn)階作業(yè)，達(dá)到對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和識(shí)記，明確哪些知識(shí)點(diǎn)還未理解透徹，帶著“問(wèn)題”進(jìn)課堂，增強(qiáng)了師生課堂交流的有效性。教師則通過(guò)分析學(xué)生學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)，在詳細(xì)把握學(xué)情的基礎(chǔ)上，課堂上有針對(duì)性地重點(diǎn)講解，師生、生生一起解決疑難，拓展探究，動(dòng)手實(shí)踐，在此過(guò)程中發(fā)展學(xué)生的高層次思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，促進(jìn)拔尖創(chuàng)新人才的成長(zhǎng)。

二、《R語(yǔ)言與生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》開展“慕課學(xué)習(xí)+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式面臨的挑戰(zhàn)及解決策略

1.該教學(xué)模式能否成功應(yīng)用的前提是較好的現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境和學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性?，F(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境包括通暢的無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)、豐富優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源、便捷的學(xué)習(xí)交流平臺(tái)和移動(dòng)智能設(shè)備等，許多學(xué)校在此方面已提供了良好的條件，并給予一定的經(jīng)費(fèi)支持。學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性一方面需要學(xué)生自覺(jué)培養(yǎng)，另一方面需要有相應(yīng)的在線學(xué)習(xí)監(jiān)控和評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

2.《R語(yǔ)言與生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》注重理論知識(shí)的理解和統(tǒng)計(jì)軟件的應(yīng)用能力的培養(yǎng)，實(shí)操性要求非常強(qiáng)，其關(guān)鍵在于內(nèi)容設(shè)置的合理性，學(xué)生實(shí)際應(yīng)用R語(yǔ)言完成案例分析的可行性。為幫助學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，可在每個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)講解時(shí)，借用案例實(shí)操分析，并用圖表等將結(jié)果形象化，最后穿插試題，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)的效果。留存問(wèn)題，可供進(jìn)一步課堂上師生交流。對(duì)于基礎(chǔ)較差的學(xué)習(xí)者還可提供相應(yīng)的討論主題、推送輔助學(xué)習(xí)材料，以供其更好地開展討論和完成習(xí)題做好準(zhǔn)備。

3.本課程的開展，目的之一也是高效利用時(shí)間，將老師從重復(fù)講解理論知識(shí)中解放出來(lái)，將更多的時(shí)間用在個(gè)性化教學(xué)上。為增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味和實(shí)用性，對(duì)一些對(duì)科研感興趣的同學(xué)，我們還可結(jié)合老師的科研項(xiàng)目，開展R語(yǔ)言統(tǒng)計(jì)知識(shí)的應(yīng)用實(shí)踐，將這些實(shí)踐項(xiàng)目信息上傳到網(wǎng)絡(luò)課堂，與學(xué)生有針對(duì)性地開展討論研究，達(dá)到“以研助教，以教助研”的目的，使師生達(dá)到“雙贏”的局面，既培養(yǎng)了創(chuàng)新型人才，又提升了教師的科研能力和教學(xué)水平。

4.課程的良性循環(huán)發(fā)展。理想的教學(xué)是“因材施教”，而非模式化，“慕課學(xué)習(xí)+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，可將學(xué)生進(jìn)行合理分層或分班，設(shè)置彈性教學(xué)管理與多元的個(gè)性化的評(píng)價(jià)制度和方式，并增加參與度、滿意度、情感體驗(yàn)度等指標(biāo)，從而使學(xué)生能夠持續(xù)使用慕課，進(jìn)而享受到慕課+翻轉(zhuǎn)課堂帶來(lái)的益處。

參考文獻(xiàn)：

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[2]田愛(ài)麗.轉(zhuǎn)變教學(xué)模式 促進(jìn)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)——基于“慕課學(xué)習(xí)+翻轉(zhuǎn)課堂”的理性思考[J].教育研究，2016，（10）：106-112.